北邮电子电路实验函数信号发生器实验报告教材

北京邮电大学

电子电路综合设计实验实验报告

实验题目：函数信号发生器

院系：信息与通信工程学院

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一、课题名称：

函数信号发生器的设计

二、摘要：

方波-三角波产生电路主要有运放组成，其中由施密特触发器多谐振荡器产生方波，积分电路将方波转化为三角波，差分电路实现三角波-正弦波的变换。该电路振荡频率由第一个电位器调节，输出方波幅度的大小由稳压管的稳压值决定；正弦波幅度和电路的对称性分别由后两个电位器调节。

关键词：方波三角波正弦波频率可调幅度

三、设计任务要求：

1．基本要求：

设计制作一个方波-三角波-正弦波信号发生器，供电电源为±12V。

1）输出频率能在1-10KHZ范围内连续可调；

2）方波输出电压Uopp=12V(误差<20%)，上升、下降沿小于10us；

3）三角波输出信号电压Uopp=8V(误差<20%)；

4）正弦波信号输出电压Uopp≥1V，无明显失真。

2．提高要求：

1）正弦波、三角波和方波的输出信号的峰峰值Uopp均在1~10V范围内连续可调；

2）将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可调范围30%--70%

四、设计思路

1. 结构框图

实验设计函数发生器实现方波、三角波和正弦波的输出，其可采用电路图有多种。此次

实验采用迟滞比较器生成方波，RC积分器生成三角波，差分放大器生成正弦波。除保证良

好波形输出外，还须实现频率、幅度、占空比的调节，即须在基本电路基础上进行改良。

由比较器与积分器组成的方波三角波发生器，比较器输出的方波信号经积分器生成三角

波，再经由差分放大器生成正弦波信号。其中方波三角波生成电路为基本电路，添加电位器调节使其频率幅度改变；正弦波生成电路采用差分放大器，由于差分放大电路具有工作点稳定、输入阻抗高、抗干扰能力较强等优点，特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。

2．系统的组成框图

五、分块电路与总体电路的设计

1．方波—三角波产生电路

电源电路

方波-三角波

发生电路 正弦波发生电路

方波输出

三角波输出

正弦波输出

如图所示为方波—三角波产生电路，由于采用了运算放大器组成的积分电路，可得到比较理想的方波和三角波。该电路振荡频率和幅度便于调节，输出方波幅度的大小由稳压管VDW1、VDW2 的稳压值UZ和导通压降UD决定，即限制在±（UZ+UD）之间。

方波经积分得到三角波，幅度为Uo2m=±R1/R2*（U Z+U D）可见，改变R1和R2比值可调节的三角波幅度的大小

方波和三角波的振荡频率相同，为f=1/T=αR2/(4R1R6C)，式中α为电位Rw的滑动比（即滑动头对地电阻与电位器总电阻之比）。可见调节Rw可改变振荡频率。

电路元器件的确定：

(1) 根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求，选择电压转换速率SR合适的运放。通过两个运放的电压转换速率SR的比较，在产生方波的时候选用转换速率快的LM318 ，产生三角波的时候选用uA741 。

(2) 根据所需输出方波幅度的要求（Uopp=12V），选择型号为2DW232 的稳压管,选择限流电阻R2=2KΩ。

(3) 根据输出三角波的幅度要求（Uopp=8V），由公式R5= Uo2m（UZ+UD）Rf确定得R5：Rf=2:3 ，选择R5=20KΩ ,Rf=30KΩ。R1为平衡电阻，根据计算应选择R1 =12KΩ的电阻。

(4) 根据所要求的振荡频率的要求，由公式R7C=αRf/(4fR5)确定的值为R7=5.6KΩ，C=0.01μF。

(5) 根据运放两端电阻平衡的要求（即R4 为直流平衡电阻，其作用是减小或消除静态时可能在运放输出端产生的附加差模输入电压），R8=2KΩ。

(6) 为使α的变化范围较大，信号的频率范围达到要求（1−10KHz范围内可调），电位器Rw 选择为10KΩ范围内可调。

其原理如下图，由波形得：

仿真结果：

2．三角波—正弦波转换电路

差动放大器设计：差动放大器具有很高的共模抑制比，被广泛的应用于集成电路中，常作为输入级或中间级。

图中R17调节三角波的幅度，R16调整电路的对称性，并联电阻R13用来减小差分放大器传输特性曲线的线性区。电容C2、C3、C4为隔直流电容，C5为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出正弦波的波形。

(1)确定静态工作点电流Ic1、Ic2、Ic3

静态时,差动放大器不加输入信号,对于电流镜R14= R9= RE IR=I C4+I B3+I B4=I C4+2I B4=I C4+2I C4/β≈I C4=I C3而I R=I C4=I C3=(U CC+U EE−U BE)/(R9+R15) 上式表明恒定电流IC3 主要由电源电压UCC、UEE和电阻R9、R15决定，与晶体管的参数无关。

由于差动放大器得静态工作点主要由恒流源决定，故一般先设定IC3。IC3取值越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高。但IC3取值也不能太小，一般为几个毫安。因此在实验中，取IC3=1mA。IC3确定后，有IC1=IC2=12IC3=0.5mA rbe=rbb′+26(1+β)IE1=rbb′+26(1+β)*2/I C3。

(2) 恒流源电路中电阻R9、R14、R15的确定

由R9+R15=(UCC+UEE−U BE)/I R其中UCC=12V=UEE,U BE的典型值为0.7V（在本次取值中可以忽略）,IR=1mA,故取R15=20KΩ，R9=2KΩ。由于镜像电流源要求电阻对称，故取R9=R14=2KΩ。

(3)差模特性

差分放大器传输特性曲线特性越对称，线性区越窄越好；三角波的幅度应正好使晶体管接近截止区